java线程安全问题之静态成员变量、实例成员变量、局部变量

(原文地址:http://blog.csdn.net/will_awoke/article/details/38044415)

 

 

java多线程编程中,存在很多线程安全问题,至于什么是线程安全呢,给出一个通俗易懂的概念还是蛮难的,如同《java并发编程实践》中所说:

   写道

给线程安全下定义比较困难。存在很多种定义,如:“一个类在可以被多个线程安全调用时就是线程安全的”。 

 此处不赘述了,首先给出静态变量、实例变量、局部变量在多线程环境下的线程安全问题结论,然后用示例验证,请大家擦亮眼睛,有错必究,否则误人子弟!

 

静态成员变量线程非安全(无论单例或者非单例皆不安全)。

静态变量即类变量,位于方法区,为所有对象共享,共享一份内存,一旦静态变量被修改,其他对象均对修改可见,故线程非安全。

 

 

实例成员变量单例模式(只有一个对象实例singleton存在)线程非安全,非单例线程安全。

实例变量为对象实例私有,在虚拟机的堆heap中分配,若在系统中只存在一个此对象的实例,在多线程环境下,“犹如”静态变量那样,被某个线程修改后,其他线程对修改均可见,故线程非安全(如,springmvc controller是单例的,非线程安全的);如果每个线程执行都是在不同的对象中,那对象与对象之间的实例变量的修改将互不影响,故线程安全(如,struts2 action默认是非单例的,每次请求在heap中new新的action实例,故struts2 action可以用实例成员变量)。

 

局部变量线程安全(线程封闭性Thread Confinement)。

每个线程执行时将会把局部变量放在各自栈帧的工作内存中,线程间不共享,故不存在线程安全问题。

 

〖by self:上述所有的变量均指,共享的(Shared)和可变的(Mutable,进行了'read''write'操作)状态变量,只有对这样的变量讨论线程安全才有意义,所有实际上上述的“局部变量”一定是线程安全的,因为其不是共享的(Not Shared),至于非状态变量,毫无疑问,是线程安全的。〗

 

 

 

一、静态成员变量 

 

线程安全问题模拟:

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[java] view plain copy

  1. /**   
  2.   * 线程安全问题模拟执行   
  3.   *  ------------------------------   
  4.   *       线程1      |    线程2   
  5.   *  ------------------------------   
  6.   *   static_i = 4;  | 等待   
  7.   *   static_i = 10; | 等待   
  8.   *    等待          | static_i = 4;   
  9.   *   static_i * 2;  | 等待   
  10.   *  -----------------------------  
  11.  * */    
  12. public class Test implements Runnable    
  13. {    
  14.     private static int static_i;//静态变量     
  15.         
  16.     public void run()    
  17.     {    
  18.         static_i = 4;    
  19.         System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()    
  20.                 + "]获取static_i 的值:" + static_i);    
  21.         static_i = 10;    
  22.         System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()    
  23.                 + "]获取static_i*2的值:" + static_i * 2);    
  24.     }    
  25.         
  26.     public static void main(String[] args)    
  27.     {    
  28.         Test t = new Test();    
  29.         //启动尽量多的线程才能很容易的模拟问题     
  30.         for (int i = 0; i < 3000; i++)    
  31.         {    
  32.             //t可以换成new Test(),保证每个线程都在不同的对象中执行,结果一样     
  33.             new Thread(t, "线程" + i).start();    
  34.         }    
  35.     }    
  36. }    

根据代码注释中模拟的情况,当线程1执行了static_i = 4;  static_i = 10; 后,线程2获得执行权,static_i = 4; 然后当线程1获得执行权执行static_i * 2;  必然输出结果4*2=8,按照这个模拟,我们可能会在控制台看到输出为8的结果。

写道

[线程27]获取static_i 的值:4 
[线程22]获取static_i*2的值:20 
[线程28]获取static_i 的值:4 
[线程23]获取static_i*2的值:8 
[线程29]获取static_i 的值:4 
[线程30]获取static_i 的值:4 
[线程31]获取static_i 的值:4 
[线程24]获取static_i*2的值:20

 看红色标注的部分,确实出现了我们的预想,同样也证明了我们的结论。

 

 

二、实例成员变量

 

线程安全问题模拟:

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[java] view plain copy

  1. public class Test implements Runnable    
  2. {    
  3.     private int instance_i;//实例变量    
  4.         
  5.     public void run()    
  6.     {    
  7.         instance_i = 4;    
  8.         System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()    
  9.                 + "]获取instance_i 的值:" + instance_i);    
  10.         instance_i = 10;    
  11.         System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()    
  12.                 + "]获取instance_i*2的值:" + instance_i * 2);    
  13.     }    
  14.         
  15.     public static void main(String[] args)    
  16.     {    
  17.         Test t = new Test();    
  18.         //启动尽量多的线程才能很容易的模拟问题     
  19.         for (int i = 0; i < 3000; i++)    
  20.         {    
  21.             //每个线程对在对象t中运行,模拟单例情况    
  22.             new Thread(t, "线程" + i).start();    
  23.         }    
  24.     }    
  25. }    

按照本文开头的分析,犹如静态变量那样,每个线程都在修改同一个对象的实例变量,肯定会出现线程安全问题。

写道

[线程66]获取instance_i 的值:10 
[线程33]获取instance_i*2的值:20 
[线程67]获取instance_i 的值:4 
[线程34]获取instance_i*2的值:8 
[线程35]获取instance_i*2的值:20 
[线程68]获取instance_i 的值:4

 

看红色字体,可知单例情况下,实例变量线程非安全。 

将new Thread(t, "线程" + i).start();改成new Thread(new Test(), "线程" + i).start();模拟非单例情况,会发现不存在线程安全问题。

 

 

 三、局部变量

 

线程安全问题模拟:

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[java] view plain copy

  1. public class Test implements Runnable    
  2. {    
  3.     public void run()    
  4.     {    
  5.         int local_i = 4;    
  6.         System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()    
  7.                 + "]获取local_i 的值:" + local_i);    
  8.         local_i = 10;    
  9.         System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()    
  10.                 + "]获取local_i*2的值:" + local_i * 2);    
  11.     }    
  12.         
  13.     public static void main(String[] args)    
  14.     {    
  15.         Test t = new Test();    
  16.         //启动尽量多的线程才能很容易的模拟问题    
  17.         for (int i = 0; i < 3000; i++)    
  18.         {    
  19.             //每个线程对在对象t中运行,模拟单例情况     
  20.             new Thread(t, "线程" + i).start();    
  21.         }    
  22.     }    
  23. }    

控制台没有出现异常数据。

 

 

四、静态方法 是否是线程安全的:

先看一个类

 

[java] view plain copy

  1. public class  Test{  
  2. public static  String hello(String str){  
  3.     String tmp="";  
  4.     tmp  =  tmp+str;  
  5.    return tmp;  
  6. }  
  7. }  

 

 

hello方法会不会有多线程安全问题呢?不会!

静态方法如果没有使用静态变量,则没有线程安全问题。

为什么呢?因为静态方法内声明的变量,每个线程调用时,都会新创建一份,而不会共用一个存储单元。比如这里的tmp,每个线程都会创建自己的一份,因此不会有线程安全问题。

 

注意,静态成员变量,由于是在类加载时占用一个存储区,每个线程都是共用这个存储区的,所以如果在静态方法里使用了静态成员变量,这就会有线程安全问题。即只要方法内含有静态成员变量,就是非线程安全的,(实际上归根到底还是变量的线程安全问题~)。

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